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地下水污染源反演的Hooke-Jeeves吸引扩散粒子群混合算法

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吉林大学学报（地球科学版） 2012年第6期42卷 1866-1872页

作者：江思珉王佩施小清郑茂辉同济大学水利工程系上海200092 南京大学水科学系南京210093 同济大学上海防灾救灾研究所上海200092

根据污染物质量浓度监测数据进行地下水污染源反演是一类典型的地下水逆问题,该问题可转化为决策变量为污染源位置和强度的最优化问题进行求解。基于Hooke-Jeeves粒子群混合算法,引入吸引扩散粒子群(ARPSO)算法的粒子群发散算子,保证混... 详细信息

根据污染物质量浓度监测数据进行地下水污染源反演是一类典型的地下水逆问题,该问题可转化为决策变量为污染源位置和强度的最优化问题进行求解。基于Hooke-Jeeves粒子群混合算法,引入吸引扩散粒子群(ARPSO)算法的粒子群发散算子,保证混合算法的种群多样性,并提出HJ-ARPSO混合算法,再结合地下水污染物迁移模型MT3DMS反演地下水污染源的位置和强度信息。在已知污染源位置和未知污染源位置两种情形下,分别利用HJ-ARPSO算法、HJ-PSO算法和GA算法进行地下水污染源反演。在两种情形下,HJ-ARPSO算法均具有较高的寻优成功率(分别对应为100%和90%);与之相比,未引入粒子群发散算子的HJ-PSO算法在未知污染源位置情形下其寻优成功率迅速降为60%;GA算法寻优效率则最低。算例结果表明,HJ-ARPSO算法是一种有效的地下水污染源反演优化算法。

关键词：地下水污染源反演粒子群算法 Hooke-Jeeves算法逆问题

基于有限元求解均质承压水稳定流问题的傅里叶分析方法

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水利学报 2012年第3期43卷 372-378页

作者：王佩朱国荣江思珉孙斌堂南京大学水科学系江苏南京210093 同济大学水利工程系上海200092 中国冶金地质工程勘察总局山东局山东济南250014

规则区域均质承压水稳定流问题在只考虑Dirichlet、Neumann边界时具备11种边界类型组合模式。不同组合模式在有限元剖分下具有不同的稀疏线性方程组。本文对不同组合模式下的稀疏线性方程组进行傅里叶分析,在分析过程中对各种变换公式... 详细信息

规则区域均质承压水稳定流问题在只考虑Dirichlet、Neumann边界时具备11种边界类型组合模式。不同组合模式在有限元剖分下具有不同的稀疏线性方程组。本文对不同组合模式下的稀疏线性方程组进行傅里叶分析,在分析过程中对各种变换公式均采用快速傅里叶变换算法进行计算,实现了均质承压水稳定流问题的快速求解。文中通过具有解析解的水流基准问题验证了傅里叶分析方法的可信性,并以此为基础,在不同剖分模式下分别应用傅里叶分析法与迭代法(Jacobi、Gauss-Seidel、SOR、PCG)进行算法的性能比较。计算结果表明:剖分密度越高(即剖分结点数多),在求解精度相当的情况下傅里叶分析方法的求解效率优势越显著。该方法的另一大优势在于不需计算和存储原始系数矩阵,从而节省了大量内存空间。

关键词：有限元傅里叶分析方法快速傅里叶变换稳定流

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徐家汇地铁站深基坑降水数值模拟与沉降控制

岩土工程学报 2011年第12期33卷 1950-1956页

作者：周念清唐益群娄荣祥江思珉同济大学水利工程系上海200092 同济大学地下建筑与工程系上海200092 上海广联建设发展有限公司上海200438

上海地下水位埋深较浅,地铁站建设大多要采取工程降水措施。以上海地铁11号线徐家汇站为例,根据场地工程地质和水文地质条件、地铁站围护结构设计深度和基坑开挖深度,建立地下水渗流数值模型,通过抽水试验反求水文地质参数,结合场地初... 详细信息

上海地下水位埋深较浅,地铁站建设大多要采取工程降水措施。以上海地铁11号线徐家汇站为例,根据场地工程地质和水文地质条件、地铁站围护结构设计深度和基坑开挖深度,建立地下水渗流数值模型,通过抽水试验反求水文地质参数,结合场地初始条件和边界条件,采用三维有限差分法对基坑降水进行模拟,数值模拟结果与地下水位实际监测数据十分吻合,同时对基坑降水引起的地面沉降进行计算,结果表明基坑周围的地面沉降能够得到有效地控制。

关键词：上海地铁深基坑降水数值模拟地面沉降

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湿地氮循环及其对环境变化影响研究进展

同济大学学报（自然科学版） 2010年第6期38卷 865-869页

作者：周念清王燕钱家忠江思珉同济大学水利工程系上海200092 斯图加特大学岩土工程研究所斯图加特70569 合肥工业大学资源与环境学院安徽合肥230009

论述了湿地氮素通过大气氮沉降、生物固氮、人为氮和径流氮输入等输入途径和植物收获、土壤NH3挥发、反硝化气态损失、淋滤、径流输出等输出过程以及通过固氮作用、矿化(氨化)作用、硝化作用、反硝化作用等进行生物地球化学循环,提出量... 详细信息

论述了湿地氮素通过大气氮沉降、生物固氮、人为氮和径流氮输入等输入途径和植物收获、土壤NH3挥发、反硝化气态损失、淋滤、径流输出等输出过程以及通过固氮作用、矿化(氨化)作用、硝化作用、反硝化作用等进行生物地球化学循环,提出量化氮与碳、磷之间的关系是目前研究中存在的主要问题,指出在湿地系统内氮迁移量及其与不同环境要素间的关系是下一步研究的主要方向,探讨了湿地氮循环对全球环境变化的影响.

关键词：湿地氮循环矿化硝化反硝化环境变化

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地下水污染强度及渗透系数场的反演识别研究

水文地质工程地质 2023年第4期50卷 193-203页

作者：吴延浩江思珉吴自军同济大学土木工程学院水利工程系上海200092 海洋地质国家重点实验室(同济大学) 上海200092

在制定地下水污染修复方案时,污染源参数和渗透系数场是最重要的地下水数值模型参数,但前人研究多集中于单一类型参数的识别。文章中采用地下水污染物运移模型(MT3DMS)和数据同化方法(迭代局部更新集合平滑器,ILUES)构成地下水污染源识... 详细信息

在制定地下水污染修复方案时,污染源参数和渗透系数场是最重要的地下水数值模型参数,但前人研究多集中于单一类型参数的识别。文章中采用地下水污染物运移模型(MT3DMS)和数据同化方法(迭代局部更新集合平滑器,ILUES)构成地下水污染源识别的求解框架,并利用Karhunen-Loève展开技术实现渗透系数场的参数降维,最后通过同化水头与浓度数据实现地下水污染源强和渗透系数场的联合反演。结果表明:(1)ILUES算法能精确识别污染源参数和渗透系数场,并且具有很高的普适性;(2)精确表征渗透系数在空间上呈现出的非均质性,是预测污染物迁移路径、反演污染强度的关键;(3)ILUES算法参数影响着反演效果,综合考虑计算效率和计算精度等,可以得到算例的最佳样本集合大小(Ne=4000)和ILUES算法最佳参数组合(局部临近样本集合占比α=0.4,相对权重b=4)。但在实际工程案例中,如果对精度的要求不是过高,经验组合(α=0.1,b=1)更值得推荐。研究结果对于区域地下水资源调查、评价和管理等工作具有较强的实践意义,并可为后期地下水污染预测及地下水监测井网优化提供技术支撑。

关键词：地下水污染参数反演数据同化集合平滑器

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基于卡尔曼滤波和模糊集的地下水污染羽识别

同济大学学报（自然科学版） 2014年第3期42卷 435-440页

作者：江思珉张亚力周念清赵姗同济大学土木工程学院上海200092

在场地信息不确定性的前提下基于卡尔曼滤波技术和模糊集合理论提出一种地下水污染羽识别的方法.利用卡尔曼滤波技术通过连续作用采样点更新综合污染羽与误差协方差矩阵,并结合误差协方差矩阵和不确定度的关系进行新采样点的选取;引入... 详细信息

在场地信息不确定性的前提下基于卡尔曼滤波技术和模糊集合理论提出一种地下水污染羽识别的方法.利用卡尔曼滤波技术通过连续作用采样点更新综合污染羽与误差协方差矩阵,并结合误差协方差矩阵和不确定度的关系进行新采样点的选取;引入模糊集理论进行污染羽的模糊对比,以确定污染源的权重.算例研究表明,该方法是一种有效的污染羽识别算法,能够以尽可能少的采样点确定污染源的位置,并较为准确地达到识别污染羽的目的.

关键词：地下水污染污染羽识别卡尔曼滤波模糊集

ILUES算法融合ERT数据反演污染源参数与渗透系数场

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同济大学学报（自然科学版） 2022年第2期50卷 223-230页

作者：张瑞城周念清江思珉夏学敏同济大学土木工程学院上海200092

利用MT3DMS程序构建地下水污染物运移模型,采用迭代局部更新集合平滑(iterative local updating ensemble smoother,ILUES)算法作为数据同化方法并引入(Karhunen Loeve,KL)展开对渗透系数场进行降维,通过融合高密度电阻率法(electrical ... 详细信息

利用MT3DMS程序构建地下水污染物运移模型,采用迭代局部更新集合平滑(iterative local updating ensemble smoother,ILUES)算法作为数据同化方法并引入(Karhunen Loeve,KL)展开对渗透系数场进行降维,通过融合高密度电阻率法(electrical resistance tomography,ERT)测量数据和传统观测数据(水头与浓度)实现地下水污染溯源和渗透系数场的联合反演。结果表明,融合ERT数据的ILUES数据同化方法反演效率更高,模拟结果也更精确;对场地非均质渗透系数场的刻画,融合ERT数据的ILUES数据同化方法明显优于用水头与浓度数据作为观测值的情形,融合ERT等环境地球物理数据的数据同化框架能够有效地提高参数反演效果。

关键词：参数反演集合平滑高密度电法数据同化地球物理

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单纯形模拟退火算法反演地下水污染源强度

同济大学学报（自然科学版） 2013年第2期41卷 253-257页

作者：江思珉张亚力蔡奕郑茂辉同济大学土木工程学院上海200092 同济大学上海防灾救灾研究所上海200092

基于单纯形模拟退火混合算法(SMSA混合算法),结合污染物迁移问题的解析解反演地下水污染源的强度变化历时曲线.SMSA混合算法结合了单纯形法的确定性搜索和模拟退火算法的全局概率搜索机制,是一种高效的混合优化算法;同时采用Yeh提出的... 详细信息

基于单纯形模拟退火混合算法(SMSA混合算法),结合污染物迁移问题的解析解反演地下水污染源的强度变化历时曲线.SMSA混合算法结合了单纯形法的确定性搜索和模拟退火算法的全局概率搜索机制,是一种高效的混合优化算法;同时采用Yeh提出的解析解,它具有可靠性强、易于编程实现和扩展性强的特点.计算结果显示,1维、2维、3维情形下点污染源的反演浓度均较好地再现了真实的污染物释放过程,这表明基于SMSA混合算法和Yeh解析解的反演方法是一种有效的地下水污染源重建方法.

关键词：污染源反演地下水逆问题单纯形法模拟退火算法

MODFLOW在三门峡铝土矿疏干排水模拟中的应用

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同济大学学报（自然科学版） 2009年第12期37卷 1691-1694,1699页

作者：周念清傅莉江思珉孙新礼同济大学水利工程系上海200092 中铝矿业有限公司河南郑州450041

根据三门峡铝土矿区地层分布、地质构造及水文地质条件,对矿区赋水的寒武—奥陶系灰岩岩溶裂隙含水系统水文地质条件进行概化,建立了地下水流数学模型,采用Visual MODFLOW有限差分方法模拟地下水位变化和预测涌水量.结合矿区群井抽水试... 详细信息

根据三门峡铝土矿区地层分布、地质构造及水文地质条件,对矿区赋水的寒武—奥陶系灰岩岩溶裂隙含水系统水文地质条件进行概化,建立了地下水流数学模型,采用Visual MODFLOW有限差分方法模拟地下水位变化和预测涌水量.结合矿区群井抽水试验地下水位观测资料对地下水流数学模型进行校正和参数反演,利用校正后的数学模型和参数预测井在不同采矿设计疏干水平下地下水的水位分布和矿区涌水量的变化,为有效防治地下水和安全合理开采铝土矿提供可靠的依据.

关键词：铝土矿疏干排水模拟涌水量 MODFLOW 三门峡